The use of aerial and close-range photogrammetry in the study of dinosaur tracksites: Lower Cretaceous (upper Aptian/lower Albian) Molfetta ichnosite, (Apulia, southern Italy)

Fabio Massimo Petti, Marco Petruzzelli, Jacopo Conti, Luigi Spalluto, Alexander Wagensommer, Massimiliano Lamendola, Roberto Francioso, Giovanni Montrone, Luisa Sabato, and Marcello Tropeano

Plain Language Abstract

The continuous evolution of digital surveying techniques and the development of increasingly high-performance data processing and visualisation systems are proving to be fundamental for the study of paleontological sites characterized by dinosaur footprints. Recently two different types of drones (remotely controlled Unmanned Aerial Vehicle) were used for mapping and three-dimensional modelling of the Molfetta dinosaur tracksite (Apulia, Southern Italy - Early Cretaceous; late Aptian-early Albian; about 113 million years ago). In parallel to the experiment with drones, detailed images of the individual tracks were acquired through a high-resolution camera that allowed the realisation of hyper-realistic virtual replicas. The use of this integrated approach allows for the rapid generation of data at a very low cost for the mapping and three-dimensional modelling of a paleontological site with dinosaur footprints. Such data, as well as being used as a tool of specialist knowledge, can represent the basis for conservation of tracksites and valorisation strategies of palaeontological heritages and the dissemination of the acquired knowledge to the public.

Resumen italiano

L'utilizzo della fotogrammetria aerea e a distanza ravvicinata nello studio dei siti a orme di dinosauro: il caso dell'icnosito di Molfetta (Cretacico inferiore, Puglia, Italia meridionale)

Una cartografia accurata è fondamentale per lo studio di icnositi con orme di tetrapodi a diverse scale. L’utilizzo di droni e la modellazione tridimensionale sono sempre più comuni e consentono l'acquisizione di immagini ad alta risoluzione paragonabili a quelle ottenute con laser scanner e fotogrammetria aerea, ma con costi più ridotti e tempi più rapidi di esecuzione. Il questo lavoro, il sito Molfetta (Puglia, Italia meridionale), riferibile al Cretaceo inferiore (Aptiano superiore/Albiano inferiore), è stato utilizzato come area test per valutare i risultati ottenuti dalla fotogrammetria da drone. Sono stati utilizzati due diversi droni con caratteristiche tecniche diverse e per i quali sono stati impostati diversi parametri di volo.

Per ogni singola impronta è stata poi eseguita la fotogrammetria digitale ad alta risoluzione (close-range photogrammetry) per valutare l’impatto dei modelli tridimensionali ottenuti sulle analisi icnologiche, icnotassonomiche e icnosistematiche.

L'accuratezza dei modelli tridimensionali, dei DEM e delle ortofoto generati dalle immagini ottenute tramite i voli è estremamente elevata e consente una rapida mappatura e descrizione di siti con orme di tetrapodi, anche in condizioni di difficile accessibilità, con una precisione superiore a quella ottenuta dai dati ottenuti sul terreno con le metodologie tradizionali o dalle foto digitali. Unendo i dati provenienti dalla fotogrammetria a terra e da quella aerea, gli icnologi possono ottenere rapidamente modelli digitali coerenti ed estremamente utili per studiare i siti con orme di tetrapodi sia su meso- (orma) che macro-scala (icnosito), e che possono essere inoltre utilizzati per la valorizzazione, conservazione e divulgazione dei beni paleontologici.

Parola chiave: sistemi aeromobili a pilotaggio remoto; incnologia; orme di dinosauro; Puglia

Translation by author

Resumen en Español

El uso de la fotogrametría aérea y de corto alcance en el estudio de yacimientos de pistas de dinosaurios: yacimiento de icnitas del Cretácico Inferior (Aptiense superior/Albiense inferior) de Molfetta, (Apulia, sur de Italia)

El mapeo preciso y los modelos tridimensionales son cruciales para el estudio de pistas y yacimientos de icnitas a diferentes escalas. El uso de pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV) para el mapeo y el modelado tridimensional es cada vez más común, lo cual permite la captura de imágenes de alta resolución comparables a las obtenidas con escáneres láser terrestres y fotogrametría aérea tripulada, pero con costos de trabajo reducidos y con inferiores tiempos de ejecución. El yacimiento de pistas de dinosaurios de Molfetta (Apulia, sur de Italia), del Cretácico inferior (Aptiense superior/Albiense inferior), se usó como área de prueba para evaluar los resultados de la fotogrametría basada en los UAV. Usamos dos drones diferentes con distintas características técnicas y establecimos diferentes parámetros de vuelo para los mismos. También se realizó una fotogrametría terrestre de huellas simples, aprovechando la reciente disponibilidad de cámaras digitales de alta resolución y un poderoso software de procesamiento, con el objetivo de evaluar sus posibilidades de uso en los análisis icnológicos, icnotaxonómicos e icnosistemáticos. La precisión de los modelos tridimensionales, modelos digitales de elevación, y ortofotos generadas por imágenes desde UAV es extremadamente alta y permite un rápido mapeo y descripción de pistas extensas y/o apenas accesibles, con mayor precisión incluso que la obtenida de los datos de campo tradicionales o de las fotos aéreas digitales. Mediante el acoplamiento de la fotogrametría terrestre y aérea, los icnólogos pueden obtener rápidamente modelos digitales consistentes y asequibles, útiles para estudiar las pistas de los dinosaurios tanto en la meso- (pista) como en la macroescala (yacimiento de icnitas). La adopción de la fotogrametría aérea y de corto alcance permitirá la producción rápida de datos con costos asequibles que podrán ser utilizados tanto por los especialistas en su investigación como por los gestores como una herramienta para la conservación y difusión del conocimiento al público en general.

Palabras clave: vehículos aéreos no tripulados; icnología; huellas de dinosaurios; Apulia

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

L’utilisation des photogrammétries aérienne et à courte distance dans l’étude des sites à pistes de dinosaures : l’ichnosite Molfetta (Apulie, sud de l’Italie) du Crétacé inférieur (Aptien supérieur / Albien inférieur)

Une cartographie précise et des modèles tridimensionnels sont cruciaux pour étudier les pistes et les sites à pistes à différentes échelles. L’utilisation de drones pour cartographier et modéliser en trois dimensions devient de plus en plus commune, permettant de capturer des images à haute résolution comparables à celles obtenues par des scanners laser terrestres et de la photogrammétrie aérienne classique (avec équipage), tout en réduisant les coûts de travail et en améliorant la vitesse d’exécution. Molfetta (Apulie, sud de l’Italie), un site à traces de dinosaures du Crétacé inférieur (Aptien supérieur / Albien inférieur), a été utilisé comme une zone de test pour évaluer les résultats de la photogrammétrie par drone. Nous avons utilisé deux drones différents avec des caractéristiques techniques et des paramètres de vol différents. La photogrammétrie d’empreintes uniques a également été effectuée depuis le sol, en profitant de l’introduction récente d’appareils photographiques numériques à haute résolution et de puissants logiciels de traitement, afin d’évaluer son impact sur les analyses ichnologiques, ichnotaxinomiques, et ichnosystématiques. La précision des modèles tridimensionnels, des modèles numériques de terrain, et des photographies orthogonales générées par les images obtenues par drone est extrêmement élevée. Cela permet une cartographie rapide et la description de sites présentant des pistes vastes et/ou difficilement accessibles, avec une précision plus élevée que celle obtenue avec des données de terrain traditionnelles ou avec des photos aériennes numériques. En combinant la photogrammétrie effectuée du sol et la photogrammétrie aérienne, les ichnologues peuvent obtenir rapidement des modèles numériques abordables et cohérents, utiles pour étudier les sites à pistes de dinosaures à la fois aux échelles de la piste (méso-échelle) et de l’ichnosite (macro-échelle). L’adoption des photogrammétries aérienne et à courte distance permettra de produire rapidement des données à des coûts raisonnables et ces données pourront être utilisées à la fois par les spécialistes et comme moyens de préservation et dissémination des connaissances au public.

Mots-clés : drones ; ichnologie ; empreintes de dinosaures ; Apulie

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Luftbild – und Nahbereichsphotogrammetrie zur Erforschung von Dinosaurierspuren: frühkretazische (oberes Aptium/unteres Albuim) Molfetta Ichnofundstelle, Apulien, Süditalien

Eine genaue Zuordnung und dreidimensionale Modelle sind maßgeblich beim Untersuchen von Spuren und Spurenfundstellen auf verschiedenen Ebenen. Kleine unbemannten Luftfahrzeugen zum Kartieren und für dreidimensionale Modelle werden zunehmend üblicher und ermöglichen hochauflösende Aufnahmen die mit denen von terrestrischen Laserscannern und bemannter Luftbildphotogrammetrie vergleichbar sind aber mit weniger Betriebskosten und schnellen Umsetzungszeiten. Die frühkretazische (oberes Aptium/unteres Albuim) Molfetta Dinosaurierspurenfundstelle (Apulien, Süditalien) wurde als Testareal für die Evaluierung von Photogrammetrie-Ergebnissen mit unbemannten Luftfahrzeugen genutzt. Wir benutzten zwei unterschiedliche Drohnen mit verschiedenen Merkmalen, für die wir unterschiedliche Flugparameter einstellten. In Anbetracht der jüngsten Einführung hochauflösender Digitalkameras und leistungsstarker Verarbeitungssoftware wurde bei einzelnen Spuren auch bodenbasierende Photogrammetrie mit dem Ziel durchgeführt, die Auswirkungen auf ichnologische, ichnotaxonomische und ichnosystematische Analysen zu untersuchen. Die Genauigkeit dreidimensionaler Modelle, digitaler Höhenmodelle und Orthophotos die mit unbemannten Luftfahrzeugen gemacht werden ist extrem hoch und ermöglicht eine schnelle Kartierung und Beschreibung von umfangreichen und/oder schwer zugänglichen Spurenfundstellen mit größerer Genauigkeit als wie man sie mit traditionellen Geländedaten oder von digitalen Luftbildern erreichen würde. Indem boden – und luftbasierende Photogrammetrie kombiniert werden, können Ichnologen schnell konsistente und günstige digitale Modelle erhalten, mit denen Dinosaurierspurenfundstellen sowohl auf der Mesoskala (Spuren) als auch auf der Makroskala (Spurenfundstelle) untersucht werden können. Die Aneignung von Luft – und Nahbereichsphotogrammetrie wird eine schnelle Datenproduktion zu tragbaren Kosten ermöglichen, die sowohl von Fachleuten genutzt werden kann, als auch dazu Fundstellen zu erhalten und zur Wissensverbreitung an die Öffentlichkeit.

Schlüsselwörter: unbemannte Luftfahrzeuge; Ichnologie; Dinosaurierspuren; Apulien

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Zastosowanie fotogrametrii lotniczej i bliskiego zasięgu w badaniach traseologicznych dinozaurów: dolna kreda (górny Aptian/dolna Albian) ichnoślady z Molfetta, (Apulia, południowe Włochy)

Dokładne mapowanie i modele trójwymiarowe są kluczowe w badaniach śladów oraz ścieżek chodu w różnych skalach. Coraz powszechniejsze staje się korzystanie z małych, bezzałogowych, statków powietrznych (UAV) do mapowania i modelowania trójwymiarowego, co pozwala na uchwycenie obrazów o wysokiej rozdzielczości porównywalnych z uzyskiwanymi przez naziemne skanery laserowe i fotogrametrię powietrzną, ale przy zmniejszonych kosztach pracy i krótkim czasie realizacji. W celu oceny wyników fotogrametrii opartej na UAV, jako obszar testowy wykorzystano ścieżkę chodu dolnokredowego dinozaura (górny Aptian/dolny Albian) w okolicy Molfetta (Apulia, południowe Włochy). Użyto dwóch różnych dronów o odmiennych parametrach technicznych i dla których ustawiono różne parametry lotu. Przeprowadzono również fotogrametrię naziemną na pojedynczych odcinkach, wykorzystując aparaty cyfrowe o wysokiej rozdzielczości i wydajnego oprogramowania do przetwarzania obrazu, w celu oceny wpływu na analizy ichnologiczne, ichnotaksonomiczne oraz ichnosystematyczne. Dokładność cyfrowych modeli trójwymiarowych, wysokościowych i ortofotografii generowanych przez obrazy UAV jest niezwykle wysoka i pozwala na szybkie odwzorowanie oraz opisanie obszernych i/lub mało dostępnych utworów z większą dokładnością niż uzyskiwane z tradycyjnych danych terenowych lub z cyfrowych zdjęć lotniczych. Łącząc fotogrametrię naziemną i powietrzną, ichnologowie mogą szybko uzyskać spójne i niedrogie modele cyfrowe przydatne do badania śladów dinozaurów zarówno w mezo- (śladu), jak i makroskali (położenia). Zastosowanie fotogrametrii lotniczej i bliskiego zasięgu umożliwi szybkie uzyskanie danych przy zachowaniu zrównoważonych kosztów, które mogą być wykorzystywane zarówno przez specjalistów, jak i jako sposób powiązanych z ochroną lub upowszechnianiem wiedzy wśród społeczeństwa.

Słowa kluczowe: bezzałogowe statki powietrzne; ichnologia; ślady dinozaurów; Apulia

Translator:  Dariusz Nowakowski